內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)解決方案

蔡浩 楊光偉 王丹丹 趙強(qiáng)

摘 要：本文闡述了結(jié)合AIS/VITS、CCTV、雷達(dá)、激光掃描儀等多種監(jiān)控手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)內(nèi)河航道電子卡口船舶的智能監(jiān)管和非接觸式執(zhí)法違章取證在船舶水上監(jiān)管的應(yīng)用，介紹了內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)、優(yōu)勢(shì)分析、技術(shù)亮點(diǎn)、解決方案、應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：非接觸執(zhí)法;違章取證;電子卡口;雷達(dá);激光掃描儀;AIS;CCTV

十八大后，政府改革力度加大，簡(jiǎn)政放權(quán)成為各級(jí)政府轉(zhuǎn)變職能，釋放發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力的重點(diǎn)。全國(guó)海事系統(tǒng)也同步開始全面落實(shí)簡(jiǎn)政放權(quán)、放管結(jié)合、優(yōu)化服務(wù)要求，以提升海事監(jiān)管服務(wù)效能為主線，堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向、需求導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、科技驅(qū)動(dòng)、人才驅(qū)動(dòng)，完善安全治理、依法行政、服務(wù)保障、內(nèi)部管理體系，促進(jìn)海事轉(zhuǎn)型升級(jí)科學(xué)發(fā)展，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)治理能力和治理體系現(xiàn)代化，保障水上交通安全形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定，深化海事“三化”建設(shè)，助力交通先行發(fā)展。

為了適應(yīng)新形勢(shì)下海事監(jiān)管要求，深入推進(jìn)海事“三化”建設(shè)，利用1+N工作模式響應(yīng)非接觸執(zhí)法工作模式轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步提升內(nèi)河航道電子卡口船舶監(jiān)管力度，提高信息資源的深度開發(fā)與綜合利用水平，建立全面感知、廣泛互聯(lián)和智能應(yīng)用的信息化監(jiān)管體系，促進(jìn)信息技術(shù)與海事監(jiān)管及服務(wù)的深度融合，滿足非接觸執(zhí)法的海事建設(shè)需求，提高海事服務(wù)質(zhì)量、監(jiān)管效能、管理效益，全面支撐“四型海事”建設(shè)。

現(xiàn)有的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)船舶事故、違章缺少過(guò)程記錄，沒有舉證證據(jù)，不便于事故的調(diào)查、調(diào)解和處理，容易出現(xiàn)違章航行船舶因海事執(zhí)法人員不在現(xiàn)場(chǎng)而逃逸的現(xiàn)象。若要實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管，那就需要通過(guò)一種技術(shù)上更合適、投資上更經(jīng)濟(jì)的解決方案，內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)順勢(shì)而生。內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)違法行為人無(wú)需前往違法行為發(fā)生地處理違章，突破多年制約海事違法處罰現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的瓶頸障礙，拓寬智慧海事服務(wù)功能的內(nèi)涵。

1 內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要與優(yōu)勢(shì)分析

1.1設(shè)計(jì)概要

本系統(tǒng)的建設(shè)是以“智慧海事”為指導(dǎo)思想，通過(guò)建設(shè)內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)卡口過(guò)往船只超載超吃水監(jiān)測(cè)為核心。接入激光、雷達(dá)、AIS/VITS、CCTV、船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等系統(tǒng)信息，以雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)往船舶進(jìn)行識(shí)別，以AIS/VITS對(duì)船舶身份進(jìn)行確認(rèn)、以激光掃描設(shè)備對(duì)船舶干舷數(shù)值進(jìn)行測(cè)量、以CCTV設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)畫面進(jìn)行錄取、以船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)船舶超吃水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的一套綜合處理系統(tǒng)。借助成熟、先進(jìn)的各種監(jiān)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水上通航安全的智能化、信息化、統(tǒng)一化、覆蓋化和協(xié)調(diào)化，從而形成對(duì)監(jiān)控轄區(qū)水域的連續(xù)監(jiān)控和超載超吃水監(jiān)測(cè)船舶的直觀掌握，為維護(hù)水域通航秩序、提高海事人員監(jiān)管效率和應(yīng)急反應(yīng)能力提供技術(shù)支撐。

1.2優(yōu)勢(shì)分析

現(xiàn)有的監(jiān)督管理模式時(shí)效性較差，全局性、協(xié)作性不強(qiáng)，在船舶數(shù)量日益增多情況下，對(duì)船舶的管理較為盲目和被動(dòng)。以海巡艇巡航為例，一次巡航就需花費(fèi)幾百元到上千元，而用人工對(duì)某一水域的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視時(shí)間不足5分鐘，實(shí)際上多數(shù)時(shí)間基本上處于無(wú)人監(jiān)管的狀態(tài);交通秩序得不到明顯改觀，違章船舶仍很多，交通秩序沒有得到根本控制。而且，由于缺乏預(yù)控能力，難以掌握交通態(tài)勢(shì)，雖然動(dòng)用人力物力較多，實(shí)際效果卻不理想。

建設(shè)內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)，可以對(duì)重點(diǎn)卡口水域進(jìn)行全面監(jiān)視。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控掌握過(guò)往船舶的動(dòng)態(tài)，分析通航環(huán)境，掌握船舶違章情況，開展有針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)管理，做到有的放矢、目標(biāo)明確，提高工作質(zhì)量與工作效率，減少巡航的盲目性和隨意性，使水上安全監(jiān)督管理工作更嚴(yán)密、更規(guī)范，實(shí)現(xiàn)人力、物力和其它社會(huì)資源的合理配置和優(yōu)化，對(duì)提高工作效率、節(jié)約管理成本意義重大。

內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)運(yùn)行的基本工作流程是船舶識(shí)別分析服務(wù)實(shí)現(xiàn)在有船舶經(jīng)過(guò)時(shí)，根據(jù)船舶實(shí)時(shí)位置信息判斷船舶是否進(jìn)入轄區(qū)，當(dāng)船舶進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，船舶識(shí)別分析系統(tǒng)發(fā)送消息給系統(tǒng)服務(wù)，通知前端設(shè)備進(jìn)行工作，雷達(dá)進(jìn)行識(shí)別，攝像機(jī)進(jìn)行抓拍圖片和錄取視頻，激光掃描設(shè)備對(duì)船舶干舷數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，然后將采集和計(jì)算出來(lái)船舶數(shù)據(jù)與船舶檔案船舶基本信息進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，判斷數(shù)據(jù)是否正確。對(duì)于重點(diǎn)船舶進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控跟蹤，判斷進(jìn)入監(jiān)控轄區(qū)內(nèi)的船舶是否違章，對(duì)違章船舶進(jìn)行違章預(yù)警，違章證據(jù)一鍵導(dǎo)出，做到有跡可循、有證可查。

2 內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)亮點(diǎn)

2.1船舶識(shí)別檢測(cè)技術(shù)

實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入轄區(qū)的船舶檢測(cè)其船寬、船高、干舷等基本尺度信息，檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與船舶動(dòng)態(tài)（如AIS、VITS）的關(guān)聯(lián)，為船舶超載、超限等違法行為進(jìn)行數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，通過(guò)集成雷達(dá)掃描、激光掃描和視頻分析等多技術(shù)，獲取船舶尺度信息，自動(dòng)監(jiān)測(cè)船舶超載、超限等違法違規(guī)行為。

前端站點(diǎn)采集數(shù)據(jù)后，通過(guò)開發(fā)船舶尺度檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，將前端監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的船舶尺度數(shù)據(jù)與分析識(shí)別數(shù)據(jù)接入到船舶超載超吃水監(jiān)測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行綜合分析與違法行為報(bào)警。

船舶尺度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)保持連接，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路與前端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通訊，按需控制傳感器設(shè)備，獲取視頻信號(hào)、船舶位置數(shù)據(jù)、激光傳感器數(shù)據(jù)，運(yùn)用算法分析視頻、處理傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算船舶尺度相關(guān)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供授權(quán)的查詢服務(wù)，最終向用戶呈現(xiàn)業(yè)務(wù)信息，輔助值班工作人員執(zhí)法工作。

2.2 雷達(dá)識(shí)別跟蹤技術(shù)

雷達(dá)是用于主動(dòng)監(jiān)測(cè)和識(shí)別水上目標(biāo)的傳感器。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理則負(fù)責(zé)完成雷達(dá)視頻的數(shù)字化處理、雜波抑制、目標(biāo)錄取、目標(biāo)跟蹤以及對(duì)目標(biāo)的標(biāo)識(shí)。

視頻處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)雷達(dá)設(shè)備輸出的信號(hào)數(shù)字化，然后對(duì)數(shù)字視頻進(jìn)行計(jì)算分析，提取出目標(biāo)點(diǎn)跡，并自動(dòng)建立目標(biāo)跟蹤，并將點(diǎn)跡和跟蹤信息通過(guò)Socket方式輸出給監(jiān)控中心的多傳感器綜合處理系統(tǒng)，進(jìn)行與其他雷達(dá)的錄取跟蹤信息以及AIS等信息的融合處理。當(dāng)點(diǎn)跡未被系統(tǒng)識(shí)別為跟蹤目標(biāo)時(shí)，如果用戶通過(guò)其他手段確認(rèn)其是一艘船舶，也可通過(guò)手動(dòng)方式對(duì)其進(jìn)行標(biāo)識(shí)，系統(tǒng)將對(duì)該目標(biāo)建立跟蹤。

2.3 多信號(hào)源融合處理技術(shù)

當(dāng)一艘船舶在多個(gè)傳感系統(tǒng)中都有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用戶可以選擇融合為同一目標(biāo)。

2.3.1多傳感器目標(biāo)融合

每個(gè)傳感器（雷達(dá)、AIS/VITS）提供一個(gè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型，多傳感器處理系統(tǒng)對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行對(duì)比匹配后，建立一個(gè)統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程稱為多傳感器目標(biāo)融合。

需要說(shuō)明的是，由于各類傳感器的識(shí)別精度及刷新頻率均不相同，在對(duì)目標(biāo)融合的判斷依據(jù)順序應(yīng)為雷達(dá)>AIS/VITS。

2.3.2多區(qū)域目標(biāo)融合

由于多個(gè)雷達(dá)或AIS基站可能出現(xiàn)重疊覆蓋區(qū)域，同一目標(biāo)可能被多個(gè)雷達(dá)或AIS接收到軌跡信息，因此需要進(jìn)行多區(qū)域目標(biāo)融合。

以雷達(dá)為例，當(dāng)兩個(gè)雷達(dá)存在交叉覆蓋區(qū)域時(shí)，同一船舶目標(biāo)可能被不同的雷達(dá)設(shè)備所錄取，這時(shí)必須對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行融合處理，當(dāng)船舶自某一雷達(dá)覆蓋區(qū)進(jìn)入另一雷達(dá)覆蓋區(qū)時(shí)，目標(biāo)信號(hào)依然可以順利完成跟蹤。

2.4 視頻智能跟蹤技術(shù)

用戶可在應(yīng)用平臺(tái)上選擇要聯(lián)動(dòng)追蹤的雷達(dá)/AIS船舶目標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇最近的CCTV聯(lián)動(dòng)攝像頭對(duì)該船舶進(jìn)行追蹤，建立智能追蹤關(guān)系后，可以在CCTV視頻中看到以該船舶為中心的視頻畫面，系統(tǒng)可以將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動(dòng)反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動(dòng)跟隨指定船舶的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，始終將其在視頻前端的畫面中顯示，并支持在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個(gè)視頻前端自動(dòng)接力跟蹤。

2.5 視頻增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

基于視頻的AR應(yīng)用是將虛擬物體信息跟蹤注冊(cè)在一個(gè)實(shí)時(shí)拍攝的實(shí)際視頻對(duì)象上，針對(duì)船舶監(jiān)控領(lǐng)域，就是將船名、航速、航向等存在于數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS系統(tǒng)中的船舶動(dòng)靜態(tài)信息疊加在視頻畫面中，并與視頻畫面中的真實(shí)船舶圖像目標(biāo)實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。

視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)AR分析展示的必備條件，視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向，而視頻的結(jié)構(gòu)化是視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。把視頻結(jié)構(gòu)化的功能直接集成在攝像機(jī)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，視頻特征提取、視頻結(jié)構(gòu)化分析、視頻索引、視頻檢索等技術(shù)已經(jīng)取得了明顯實(shí)用效果，本系統(tǒng)擬利用CCTV系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，建設(shè)基于實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控畫面的AR分析展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)CCTV實(shí)時(shí)視頻畫面與雷達(dá)/AIS等數(shù)據(jù)的融合展示與聯(lián)動(dòng)跟蹤應(yīng)用。

3 內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)解決方案

內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)主要由前端卡口建設(shè)與應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)兩部分組成，前端卡口主要實(shí)現(xiàn)船舶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)用平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和分析后的船舶信息展示和功能應(yīng)用。典型案例如淮河盱眙水域船舶智能監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用。

3.1電子卡口遠(yuǎn)程非接觸違章取證方案

違章取證功能是電子卡口系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)監(jiān)控列表功能，自動(dòng)記錄通過(guò)前端電子卡口的船舶信息，通過(guò)預(yù)設(shè)的違章取證規(guī)則，一旦發(fā)現(xiàn)船舶未開啟AIS、超載超吃水監(jiān)測(cè)、非法停靠、反航道航行、超速航行等違法行為，系統(tǒng)立即進(jìn)行聲光報(bào)警，并結(jié)合抓拍到船舶照片信息提示用戶做出相應(yīng)處理。通過(guò)違章取證功能，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶安全航行的預(yù)警預(yù)控。具體流程如下：

3.1.1違章監(jiān)測(cè)

船舶進(jìn)入雷達(dá)轄區(qū)

通過(guò)雷達(dá)目標(biāo)和AIS目標(biāo)對(duì)比，檢查目標(biāo)是否開啟;

注：此時(shí)尚未對(duì)目標(biāo)進(jìn)行抓拍，故無(wú)法獲知未開啟AIS目標(biāo)的身份。

船舶進(jìn)入電子卡口電子監(jiān)管站水域

通過(guò)抓拍攝像機(jī)對(duì)船只進(jìn)行抓拍，可看清船舶全貌及船名;

使用激光對(duì)船舶干舷進(jìn)行測(cè)量。

電子卡口水域

監(jiān)測(cè)船只是否進(jìn)入警戒區(qū)、是否超速。

3.1.2違章信息提示

發(fā)生違章后，用戶可第一時(shí)間得知;

獲得通知后，用戶可以迅速在電子海圖上定位涉嫌違章的船只;

提供實(shí)時(shí)列表展現(xiàn)，以便用戶獲知;

轄區(qū)內(nèi)船只監(jiān)控列表;

未處理違章的船只列表，可獲知觸犯了哪些報(bào)警。

3.1.3人工核查

違章證據(jù)核對(duì)

通過(guò)船舶抓拍圖片，用戶可錄入以下信息：

船舶標(biāo)志標(biāo)識(shí)是否清晰（船名燈箱不規(guī)范，船名標(biāo)識(shí)不規(guī)范，船舶載重線、吃水線標(biāo)識(shí)不規(guī)范，船舶信號(hào)燈不規(guī)范）;

是否按要求封艙。

根據(jù)抓拍圖片和測(cè)量數(shù)據(jù)，核實(shí)以下信息：

干舷;

吃水。

處置決定

根據(jù)違章核對(duì)結(jié)果，制定處罰結(jié)論：

誤報(bào)警：處置流程結(jié)束;

需現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法：進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)糾違，遠(yuǎn)程處置流程結(jié)束;

遠(yuǎn)程執(zhí)法：保存證據(jù)，待后續(xù)處理。

3.1.4電子證據(jù)管理

可將核查結(jié)果轉(zhuǎn)存為電子證據(jù)：

生成電子證據(jù)：核查結(jié)果確認(rèn)后，即可保存成電子證據(jù)，保存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便隨時(shí)查詢調(diào)取。

導(dǎo)出電子證據(jù)：電子證據(jù)可導(dǎo)出為通用文件，便于轉(zhuǎn)發(fā)、打印，可用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法的依據(jù)。

3.2信息服務(wù)

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄經(jīng)過(guò)電子卡口采集點(diǎn)的船舶違章信息，并自動(dòng)按時(shí)間生成動(dòng)態(tài)監(jiān)控列表。由指揮中心管理人員將有違章船舶信息人工審核后進(jìn)行違章行為錄入，開發(fā)信息服務(wù)接口向用戶已有平臺(tái)提供違章行為信息，并通過(guò)用戶已有平臺(tái)將違章情況推送給違章船舶和轄區(qū)執(zhí)法人員。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

本系統(tǒng)已在盱眙縣地方海事處等多個(gè)單位成功應(yīng)用，并取得了顯著成效。本系統(tǒng)減少了海巡艇盲目巡航的次數(shù)和巡航時(shí)間，通過(guò)遠(yuǎn)程識(shí)別船舶違章行為，實(shí)現(xiàn)了非接觸性執(zhí)法顯性違法行為自動(dòng)取證，為船舶事故調(diào)查和違章處理提供方便，大大提高了監(jiān)管效率。本系統(tǒng)率先嘗試在海事系統(tǒng)內(nèi)開展對(duì)違章船舶的非接觸式執(zhí)法和遠(yuǎn)程預(yù)警預(yù)控管理，滿足智慧海事建設(shè)需求。

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